一种基于热电制冷的平板热管式CPU散热装置

技术领域

本发明属于CPU散热技术领域，具体涉及一种基于热电制冷的平板热管式 CPU散热装置。

背景技术

随着集成电路技术的快速发展，CPU性能与功率逐渐的提升，尺寸越来越小，因此需要对高热流密度的CPU元件进行有效的散热，否则会导致CPU功率受限，严重时会导致CPU损毁。随着用户对于CPU性能的需求不断提升，机箱整体布置逐渐紧凑化，因此设计一种高效紧凑的CPU散热装置是突破CPU性能限制，提升计算机性能的必要条件。

目前CPU散热的方式有主动散热和被动散热，主动散热适用于热流密度较低的电子元器件散热，不能满足CPU对于散热的需求，被动散热主要分为：风冷散热、液冷散热、热管散热、半导体制冷。例如高宏等人在“一种用于刀片式服务器的中央处理器芯片风冷散热装置”专利中(专利号：201910010481.7) 在服务器芯片上利用小型的蒸发器里工质的相变带走热量，再由冷凝器通过散热风扇的强迫对流完成对于工质的液化，该装置小巧散热效果可靠，有利于刀片式服务器中央处理器散热。

例如龚琼等人在“一种计算机CPU液冷装置”专利中(专利号： 201910103352.2)利用循环水来冷却计算机CPU，由于水的比热容较大，因此 CPU在工作过程中可以维持较低的温度。

例如刘康等人在“一种包含热柱的塔式CPU散热器”专利中(专利号：201910873086.1)通过利用热管中的工质相变带走热量，工质蒸汽经过散热风扇的强迫对流从而凝结成液滴并回落，因为工质相变具有很大的潜热，因此可以大量吸收CPU在工作过程中所产生的热量。

但传统的CPU散热方式存在一些不足，风冷散热不足在于当CPU处于较高载荷情况下，风扇强迫对流无法满足对CPU的散热，导致CPU温度的上升。液冷散热不足在于循环水系统较为庞大，不利于设备的小型化、一体化，同时还会存在漏水、密封等问题。热管散热不足在于，热管与CPU接触面积较小，无法较好的分布热量，在CPU负载较高的条件下，会导致由于CPU表面温度分布不均而导致过大的热应力。

热电制冷片应用于CPU散热领域，热电制冷片冷端可以为CPU提供一个低温热源，增大了传热温差，提升了散热热流密度。但是冷端结霜问题却限制了热电制冷片在CPU上的应用，冷端结霜导致很多安全隐患如：主板受潮、短路等。

鉴于上述几种CPU散热方式的不足，本发明提出了一种基于热电制冷的平板热管式CPU散热装置，利用平板热管将CPU热量扩散至较大的换热表面，在平板热管凹槽处安装热电制冷片，避免热电制冷片冷端与空气接触而导致结霜，满足高热流密度、布置紧凑的电子元器件散热。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供了一种基于热电制冷的平板热管式CPU散热装置，利用平板热管将CPU热量扩散至较大的换热表面，在平板热管凹槽处安装热电制冷片，避免热电制冷片冷端与空气接触而导致结霜，提升了CPU散热装置的散热效率与稳定性。

本发明的技术方案：

一种基于热电制冷的平板热管式CPU散热装置，其特征在于，该用于热电制冷的平板热管CPU散热装置包括：CPU1、带凹槽的平板热管2、热电制冷片3、散热鳍片4、散热风扇5；

其中平板热管通过扣具与CPU1上表面紧密贴合。热电制冷片3安装在平板热管上的凹槽中，其冷端与空气相隔绝，热电制冷片3热端与散热鳍片4通过导热界面材料紧密的贴合，散热风扇5安装在散热鳍片4上端。

在本公开的实施例中，所述平板热管通过扣具与CPU1上表面紧密贴合，两者缝隙间填充导热硅脂，避免由于加工精度而导致的接触热阻。

在本公开的实施例中，所述热电制冷片3安装在平板热管凹槽中，避免热电制冷片3冷端与空气接触而导致结霜。

在本公开的实施例中，所述散热风扇5安装在散热鳍片4上端，通过强迫对流的方式对散热鳍片4进行散热。

在本公开的实施例中，所述的带凹槽的平板热管2其中一侧金属片在进行回流焊接前进行冲压形成凹陷部分，凹陷部分在回流焊接之后，所述两片金属片之间形成空腔。

在本公开的实施例中，所述的热电制冷片3是采用多个标准热电制冷片 (40*40mm)阵列而成。

在本公开的实施例中，所述的CPU1、带凹槽的平板热管2、热电制冷片3、散热鳍片4，之间均填充了导热性良好的界面材料，降低接触热阻。

本发明的有益效果：

1)设备紧凑小巧，有利于对外形复杂、结构紧凑的电路板上高热流密度电子元器件的散热。

2)利用热电制冷片为CPU散热提供了一个低于环境温度低温热源，从而提升平板热管冷凝端的工质液化速率，有利于高热流密度的电子元器件散热。

3)利用平板热管将高热流密度CPU的热量分散至整个表面，降低其热流密度，使得平板热管底部氟化液均匀蒸发，有效的控制了高热流密度电子元器件的温升，使设备可以稳定的运行。

4)带凹槽的平板热管通过冲压形成凹槽，用来安装热电制冷片，使热电制冷片冷端与外界空气相隔绝，避免其冷端与空气中的水分接触，导致结霜，维持了系统的安全运行。

5)CPU处于高载荷运行条件时，其表面温度迅速升高，产热量急剧增大，为了保证CPU处于正常的工作温度，可以提升热电制冷片功率，提升功率的代价是耗能的增加，但是相比于其他的散热方式，其能耗最小。

附图说明

图1为一种基于热电制冷的平板热管式CPU散热装置示意图。

图2(a)散热风扇的结构示意图

图2(b)散热鳍片的结构示意图

图2(c)热电制冷片阵列的结构示意图

图2(d)带凹槽的平板热管的结构示意图

图2(e)CPU的结构示意图

图中：1CPU；2带凹槽的平板热管；3热电制冷片；4散热鳍片；5散热风扇；

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。但是应当解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明公开了一种基于热电制冷的平板热管式CPU散热装置，其特征在于，该用于热电制冷的平板热管CPU散热装置包括：CPU1、带凹槽的平板热管2、热电制冷片3、散热鳍片4、散热风扇5；当CPU1处于工作状态时，其表面的温度升高，CPU1通过扣具与平板热管表面紧密贴合，之间涂有导热界面材料，减少两者之间的接触热阻，CPU1通过平板热管将热量传递至热电制冷片3冷端，热量由热电制冷片3冷端吸收后，再由热电制冷片3热端将热量传递至散热鳍片4，其热量在散热风扇5强迫对流作用下扩散至外界环境。

所述平板热管通过扣具与CPU1上表面紧密贴合，两者缝隙间填充导热硅脂，避免由于加工精度而导致的接触热阻。

所述热电制冷片3安装在平板热管的凹槽中，避免热电制冷片3冷端与空气接触而导致结霜。

所述散热风扇5安装在散热鳍片4上端，通过强迫对流的方式对散热鳍片4 进行散热。

所述的平板热管其中一侧金属片在进行回流焊接前进行冲压形成凹陷部分，凹陷部分在回流焊接之后，所述两片金属片之间形成空腔。

所述的热电制冷片3是采用多个标准热电制冷片3(40*40mm)阵列而成。

所述的CPU1、带凹槽的平板热管2、热电制冷片3、散热鳍片4，之间均填充了导热性良好的界面材料，降低接触热阻。

如图1所示，为一种基于热电制冷的平板热管式CPU1散热装置示意图，在本示例中以电脑CPU1为例，对整个装置进行说明。所述的带凹槽的平板热管2通过扣具与CPU1上表面紧密贴合，之间均填充了导热性良好的界面材料，以降低接触热阻，CPU1产生的热量通过带凹槽的平板热管2传递至安装在平板热管凹槽内的热电制冷片3冷端，并由热电制冷片3冷端吸收，热量由热电制冷片3热端传至散热鳍片4后，在散热风扇5强迫对流作用下扩散至外界环境。

如图2(d)所示带凹槽的平板热管2其中一侧金属片在进行回流焊接前进行冲压形成凹陷部分，凹陷部分在回流焊接之后，所述两片金属片之间形成空腔。其中平板热管的凹槽部分用于安装热电制冷片3，使热电制冷片冷端与外界空气隔绝，避免热电制冷片冷端结霜。

如图2c所示的热电制冷片3是采用6块标准热电制冷片(40mm*40mm) 阵列而成，这6块标准热电制冷片3安装在平板热管凹槽中，隔绝外界空气中的水分，避免热电制冷片3冷端结霜，消除结霜带来的安全隐患。

综上所述，本发明公开了一种基于热电制冷的平板热管式CPU散热装置，通过利用平板热管将CPU的热量进行扩散，并通过带凹槽的平板热管将热量传递至热电制冷片冷端，并由冷端吸收，热电制冷片热端将热量传递至散热鳍片，其热量在散热风扇强迫对流作用下扩散至外界环境。

以上所述的具体示例，对本公开的技术方案以及有益效果进行了详尽的阐述，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体示例而已，并不限制本发明。图中各元件的尺寸和形状不反应真实大小和比例，而仅表示本示例的内容。凡是在本公开的原则和精神上，所做的任何修改、改进以及等同替换等，均在本公开的保护范围之内。